/7 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΜΕΣΟΛΟΓΓΙΟΥ

Transcript

1 /7 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΜΕΣΟΛΟΓΓΙΟΥ ΤΜΗΜΑ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΣΤΗΝ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ ΚΑΙ ΤΗ ΔΙΟΙΚΗΣΗ ΠΟΑΥΖΩΗΣ ΑΝΔΡΕΑΣ Α.Μ ΤΑΦΙΛΗΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ Α.Μ Επιβλέπων Καθηγητής ΙΩΑΝΝΟΥ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ Μεσολόγγι Φεβρουάριος 2005

2 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜΑΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 2ΗΣ, 3ΗΣ ΚΑΙ 4ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ ΠΡΟΛΟΓΟΣ Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τον επιβλέποντα καθηγητή μας Ιωάννου Κωνσταντίνο για τη γενική καθοδήγηση και βοήθεια καθ όλη τη διάρκεια της εργασίας. ι

3 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜ ΑΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ, 3 ^ ΚΑΙ 4 ^ ΓΕΝΙΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 1. Γ ε ν ικ ε ς Α ρχές Κ υ τ τ α ρ ικ ώ ν Σ υ σ τ η μ ά τ ω ν Κ ιν η τ ώ ν ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Αμέσως μετά την ανακάλυψη της ασυρματικής διάδοσης, γύρω στα τέλη του 1800, δημιουργήθηκε η ανάγκη για επικοινωνία χωρίς περιορισμούς με σκοπό τη ανταλλαγή πληροφοριών όποτε αυτό ήταν επιθυμητό. Το πρώτο σύστημα κινητής τηλεφωνίας εγκαταστάθηκε απο τον Marconi το 1898 στο νησί Wight της Αγγλίας. Μέχρι το έτος 1970 η κινητή τηλεφωνία ανήκε στο χώρο της αναλογικής συμβατικής ασύρματης επικοινωνίας. Η εισαγωγή των πρώτων κυτταρικών συστημάτων κινητής τηλεφωνίας, πραγματοποιήθηκε στις αρχές της δεκαετίας του 80. Τα συστήματα αυτά ονομάστηκαν συστήματα πρώτης γενιάς (Γ1 Generation systems - 1G), είχαν αναλογικά ηλεκτρικά χαρακτηριστικά και υποστήριζαν την υπηρεσία μετάδοσης φωνής. Η τεχνολογία αυτή χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα σε πολλά μέρη του κόσμου, παρόλο το περιορισμένο ραδιοφάσμα και τη χαμηλή της ποιότητα. Στο Σχήμα 1.1 παρουσιάζεται ένα γραφικά ένα αναλογικό σύστημα συμβατικής επικοινωνίας. Σχήμα 1.1: Αρχικά Συστήματα Κινητών Επικοινοινιών Η ολοένα και αυξανόμενη απαίτηση για καλύτερη ποιότητα επικοινωνίας και περισσότερες υπηρεσίες, και ο ολοένα αυξανόμενος αριθμός συνδρομητών (Σχήμα 1.2) δημιούργησε τα συστήματα κινητής τηλεφωνίας δεύτερης γενιάς (2ΰ), τα οποία έχουν αναβαθμισμένη τεχνολογία σε σχέση με τα αρχικά συστήματα. Τα συστήματα 2ης γενιάς χρησιμοποιούνται κυρίως για μετάδοση φωνής, αλλά και για περιορισμένες χρήσεις μετάδοσης δεδομένων. Έχουν 2

4 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜΑΤΙΚΑ ΑΙΚΤΥΑ 2ΗΣ,3 Η ΚΑΙ 4ΗΣΓΕΝΙΑΣ μεγαλύτερο εύρος ζώνης και παρέχουν καλύτερη ποιότητα φωνής, ενώ υπάρχουν ήδη στην αγορά και αναβαθμισμένα συστήματα 2 η; γενιάς. Οι απαιτήσεις όμως για μεγαλύτερες ταχύτητες στη μετάδοση δεδομένων ολοένα και πολλαπλασιάζονται. Επιπλέον, δημιουργούνται νέες υπηρεσίες, όπως υπηρεσίες πολυμέσων, οι οποίες απαιτούν νέα και πιο γρήγορα συστήματα, ώστε να μπορέσουν να εφαρμοστούν στην πράξη. Για το λόγο αυτό, τυποποιήθηκαν και αναπτύχθηκαν τα συστήματα τρίτης γενιάς (3G), τα οποία θα λειτουργήσουν στο άμεσο μέλλον. Τα συστήματα αυτά θα βασίζονται σε μικρο- κυτταρική (micro-cellular) και πικο-κυτταρική (pico-cellular) δομή, ενώ οι τελικές συχνότητες λειτουργίας τους θα ανήκουν στη φασματική περιοχή των GHz, προκειμένου να επιτευχθούν οι απαιτούμενοι υψηλοί ρυθμοί μετάδοσης δεδομένων. Η ανάπτυξη των κυτταρικών συστημάτων τρίτης γενιάς αποτελεί ένα σημαντικό κομμάτι των μελλοντικών τηλεπικοινωνιών. Οριοθετεί την σε ασύρματο επίπεδο προέκταση της τακτικής για την παροχή ενός βελτιωμένου και πλήρως συμβατού ολοκληρωμένου συστήματος προσωπικών επικοινωνιών. Η ολοκλήρωση αυτή θα επιτευχθεί μέσα από τη διασύνδεσή τους με το ενσύρματο δίκτυο, του οποίου κύριος εκφραστής θα είναι το B-ISDN. 1000, 800 Million subscribers Σχήμα 1.2: Συνδρομητές Κινητής Τηλεφωνίας και Internet Στο κεφάλαιο αυτό, γίνεται αρχικά μια ανάλυση της κυτταρικής ιδέας, δεδομένου ότι είναι αναγκαία προϋπόθεση για την κατανόηση των σημερινών και των μελλοντικών συστημάτων κινητών επικοινωνιών. Ακολουθεί μια λεπτομερής περιγραφή των συστημάτων 2ης και 3ης γενιάς και παρουσιάζονται τα λειτουργικά χαρακτηριστικά τους. Τέλος, γίνεται εστίαση στα συστήματα GSM και UMTS και ΙΜΤ-2000, μιας και αυτά αποτελούν τους κυριότερους εκπρόσωπους κάθε γενιάς. 3

5 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜΑΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΚΑΙ 4ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ 1.1 Ανάλυση Της Κυτταρικής Ιδέας Πριν την περιγραφή των συστημάτων δεύτερης και τρίτης γενιάς, χρειάζεται να γίνει αναφορά στην ανάγκη ύπαρξης της κυτταρικής διάσπασης, καθώς και στα πλεονεκτήματα που πηγάζουν από αυτή. Σύμφωνα με την τεχνολογία της συμβατικής κινητής τηλεφωνίας, μία γεωγραφική περιοχή καλύπτεται ηλεκτρομαγνητικά από ένα μόνο σταθμό βάσης. Για την επιλογή της συγκεκριμένης θέσης, όπου αυτός θα τοποθετηθεί, υπεισέρχονται πολλοί παράγοντες, όπως η ιδιομορφία του γεωγραφικού ανάγλυφου και οι κλιματολογικές συνθήκες. Η υψομετρική στάθμη του σταθμού βάσης έπρεπε να είναι τέτοια, ώστε να μπορέσει να καλύψει όλη την προς εξυπηρέτηση περιοχή. Επίσης, η ισχύς εκπομπής έπρεπε να είναι μεγάλη για να προκύψει στο δέκτη αξιόπιστο σήμα. Ένα άλλο χαρακτηριστικό των συμβατικών συστημάτων ήταν ότι όλοι οι σταθμοί βάσης διαχειρίζονταν τις ίδιες συχνότητες και, επομένως, η μεταξύ τους απόσταση έπρεπε να είναι αρκετά μεγάλη, ώστε να μην παρουσιάζονται έντονα προβλήματα παρεμβολών. Ένα κυτταρικό Σύστημα Κινητών Επικοινωνιών, υποστηρίζει ένα σύνολο από επικοινωνιακές υπηρεσίες εντός των γεωγραφικών ορίων της ενεργούς τηλεπικοινωνιακής περιοχής. Αυτό επιτυγχάνεται με τη διαίρεση της λειτουργικής περιοχής (γεωγραφικής περιοχής) σε ένα συγκεκριμένο αριθμό γεωγραφικών τομέων - γειτονικών κυττάρων, στο καθένα από τα οποία ανατίθεται ένας ορισμένος αριθμός συχνοτήτων (Σχήμα 1.4). Σχήμα 1.3: Συμβατικά και Κυτταρικά Συστήματα Κινητών Επικοινωνιών 4

6 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜΑΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 2ΗΣ, 3 ΗΣ ΚΑΙ 4ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ ΣΥΜ ΒΑΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΙΝΗΤΗΣ ---1 ΚΥΤΤΑΡΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΗ ΛΕΦ Ω Ν ΙΑΣ 1 ΚΙΝΗΤΗΣ ΤΗΛΕΦΩΝΙΑΣ Σχήμα 1.Σφάλμα! Άγνωστη παράμετρος αλλαγής.: Σομβατικά και Κυτταρικά Συστήματα Κινητών Επικοινωνιών Στο Σχήμα 1.Σφάλμα! Άγνωστη παράμετρος αλλαγής, φαίνεται η διαίρεση της γεωγραφικής περιοχής σε κανονικά εξάγωνα Σχήμα.Σφάλμα!Άγνωστη παράμετρος αλλαγής.: Διαίρεση γεωγραφικής περιοχής σε κύτταρα 5

7 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜΑΤΙΚΑ ΛΙΚΤΥΑ 2ΗΣ, 3 ΗΣ ΚΑΙ 4 ΓΕΝΙΑΣ Το πλεονέκτημα της κυτταρικής δομής είναι ότι οι συχνότητες, οι οποίες χρησιμοποιούνται σε ένα κύτταρο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν και σε οποιοδήποτε άλλο, αρκεί να ισχύει ο εξής περιορισμός: = λ/3 Ν R όπου D είναι η απόσταση των κέντρων δύο διαδοχικών συγκαναλικών κυττάρων (δηλαδή κυττάρων που χρησιμοποιούν τις ίδιες συχνότητες) και R η ακτίνα του κυττάρου, ενώ Ν είναι ο αριθμός των κυττάρων ανά κυτταρικό συγκρότημα. Η σχέση αυτή προκύπτει από την απαίτηση της ικανοποιητικής απόστασης μεταξύ των ιδίων καναλιών, προκειμένου να αποφεύγεται η ομοκαναλική παρεμβολή (co-channel interference). Το σύνολο των γειτονικών κυττάρων που χρησιμοποιούν διαφορετικές συχνότητες καλείται cluster. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι, η έννοια της επαναχρησιμοποίησης των συχνοτήτων μετά από κάποια απόσταση, δεν αποτελεί καινοτόμο ιδέα των σχεδιαστών των κυτταρικών συστημάτων κινητών επικοινωνιών. Μια παρόμοια τεχνική είχε εφαρμοστεί αρκετά χρόνια νωρίτερα στη ραδιοφωνία της μπάντας των FM (Σχήμα 1.Σφάλμα! Άγνωστη παράμετρος αλλαγής.) και αυτή η τεχνική ισχύει βέβαια και στις μέρες μας. Μία ιδέα της επαναχρησιμοποίησης συχνοτήτων και της πρακτικής εφαρμογής της παραπάνω σχέσης στην κυτταρική κινητή τηλεφωνία φαίνεται στο Σχήμα 1.Σφάλμα! Άγνωστη παράμετρος αλλαγής. που ακολουθεί: Σχήμα 1.Σφάλμα! Άγνωστη παράμετρος αλλαγής.: Παράδειγμα επαναχρησιμοποίησης συχνοτήτων στα ΣΜ 6

8 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΙ ΜΑΓΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 2ΠΣ, 3ΗΣ ΚΑΙ 4ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ Σχήμα 1.Σφάλμα! Άγνωστη παράμετρος αλλαγής.: Επαναχρησιμοποίηση συχνοτήτων Μία άλλη θεμελιώδης έννοια των κυτταρικών συστημάτων είναι η κυτταρική διάσπαση. Αυτή η διαδικασία είναι απαραίτητη για την αντιμετώπιση του προβλήματος της αύξησης της τηλεπικοινωνιακής κίνησης σε μία συγκεκριμένη γεωγραφική περιοχή. Πιο συγκεκριμένα, σε ώρες αιχμής η λειτουργία του συστήματος καθίσταται αρκετές φορές προβληματική. Στην περίπτωση αυτή, οι καταχωρημένες συχνότητες σε ένα κύτταρο δεν επαρκούν για την εξυπηρέτηση των χρηστών. Τότε υφίσταται στο σύστημα κυτταρική διάσπαση με τέτοιο τρόπο, ώστε η διάταξη του νέου σχηματισμού κυττάρων να επιτρέπει την επαναχρησιμοποίηση των διαθέσιμων συχνοτήτων. Σχήμα Ι.Σφάλμα! Άγνωστη παράμετρος αλλαγής.: (α) Πριν την Κυτταρική Διάσπαση (β) Μετά την Κυτταρική Διάσπαση 1

9 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜΑΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 2ΗΣ, 3ΗΣ ΚΑΙ 4 ΓΕΝΙΑΣ Το Σχήμα Ι.Σφάλμα! Άγνωστη παράμετρος αλλαγής, παρουσιάζει ένα παράδειγμα κυτταρικής διάσπασης. Έτσι, με τις τεχνικές της επαναχρησιμοποίησης των συχνοτήτων και της κυτταρικής διάσπασης το σύστημα είναι ικανό να αντεπεξέλθει σε συνθήκες υψηλής τηλεπικοινωνιακής κίνησης και να εξυπηρετήσει το μεγάλο αριθμό συνδρομητών με τις περιορισμένες διαθέσιμες συχνότητες. 8

10 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜΑΤΙΚΑ ΛΙΚΤΥΛ 2ΗΣ, 3ΗΣ ΚΑΙ 4 ΓΕΝΙΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 2. Τ α Σ υ σ τ ή μ α τ α Κ ιν η τ ώ ν Ε π ικ ο ιν ω ν ιώ ν Δ ε ύ τ ε ρ η ς Γ ε ν ιά ς (2G ) Τα συστήματα 2ης γενιάς είναι ψηφιακής τεχνολογίας και παρέχουν αναβαθμισμένες υπηρεσίες κινητών επικοινωνιών. Τα χαρακτηριστικά των συστημάτων αυτών είναι: η πολύιεραρχική λειτουργική δομή τους, η υψηλή χωρητικότητα από πλευράς εξυπηρέτησης χρηστών, η δυναμική διαχείριση του ράδιο-φάσματος των συχνοτήτων και το κυτταρικό πρότυπο επαναχρησιμοποίησης των συχνοτήτων (frequency re-use pattern). Έτσι, μπορούν να παρέχουν βελτιωμένη ποιότητα φωνής και μεγάλη κάλυψη συνδρομητών. Τα συστήματα 2ης γενιάς έχουν τυποποιηθεί για να παρέχουν υπηρεσίες μετάδοσης φωνής αλλά και χαμηλού ρυθμού μετάδοση δεδομένων. Τα συστήματα αυτά διατηρούν τη μέθοδο μεταγωγής κυκλώματος (circuit switching) των αναλογικών συστημάτων, η οποία δεν είναι πολύ αποτελεσματική για μετάδοση δεδομένων. Με αυτή τη μέθοδο δημιουργείται μια σύνδεση των συνδρομητών, δηλαδή καθορίζεται συγκεκριμένος ραδιο-δίαυλος, ο οποίος παραμένει στην αποκλειστική διάθεσή τους για όλη τη διάρκεια της επικοινωνίας. Με τη μεταγωγή κυκλώματος όμως, γίνεται ικανοποιητική η μετάδοση φωνής, η οποία είναι ο κύριος σκοπός των συστημάτων κινητών επικοινωνιών, καθώς οι καθυστερήσεις που εισάγονται είναι πολύ μικρές. Τα τέσσερα πιο διαδεδομένα πρότυπα ψηφιακής, κινητής τηλεφωνίας 2ης γενιάς σε όλο τον κόσμο είναι τα εξής: GSM, TDMA (IS-136), CDMA (cdmaone ή IS-95-B) και PDC. Όλα τα παραπάνω υποστηρίζουν ρυθμούς μετάδοσης μέχρι τα 9.6 Kbps. Το Παγκόσμιο Σύστημα Κινητών Επικοινωνιών (Global System for Mobile communications - GSM), είναι το πρώτο εμπορικά διαθέσιμο πρότυπο συστήματος και δημιουργήθηκε το To GSM χρησιμοποιεί μέθοδο μεταγωγής κυκλώματος. Η δυνατότητα χαμηλού ρυθμού μετάδοσης δεδομένων (< 9.6 Kbps) που υποστηρίζει, χρησιμοποιήθηκε για πολλές εμπορικές υπηρεσίες που παρέχει το δίκτυο, αλλά τελικά περισσότερο από όλες επικράτησε η αποστολή e- mail από τους φορητούς υπολογιστές των χρηστών. Οι συχνότητες που χρησιμοποιούνται από το πρότυπο GSM είναι τα 900 MHz και τα 1.8 GHz στην Ευρώπη, και τα 1.9 GHz στις ΗΠΑ. Το πρότυπο GSM και η επέκτασή του, το GSM-1800, είναι αυτά που χρησιμοποιούνται σήμερα περισσότερο στον κόσμο, ενώ και τα δίκτυα που αναπτύχθηκαν στην Ελλάδα χρησιμοποιούν αυτή την τεχνολογία. Γι αυτό το λόγο, περιγράφονται αναλυτικά στη συνέχεια. Το πρότυπο Πολλαπλής Πρόσβασης με Επιμερισμό Χρόνου (Time Division Multiple Access), αρχικά γνωστό ως IS-54 και τώρα ως IS-136 (TDMA IS-136), αναφέρεται μερικές φορές ως το ψηφιακό πρότυπο της «Βορείου Αμερικής». Παρόλα αυτά, αναπτύχθηκε στη Λατινική Αμερική, στις Ανατολικές ακτές της Ασίας και στην Ανατολική Ευρώπη. 9

11 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜΑΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 2ΗΣ, 3ΗΣ ΚΑΙ 4ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ Το πρότυπο Προσωπικών Ψηφιακών Επικοινωνιών (Personal Digital Communications - PDC) είναι το κυρίαρχο πρότυπο στην Ιαπωνία, και λειτουργεί στα 800 MHz και 1 GHz. Τέλος, το IS-95 βασίζεται σε τεχνολογία Πολλαπλής Πρόσβασης με Επιμερισμό Κώδικα (Code Division Multiple Access - CDMA) στενής ζώνης. Αναφέρεται ως στενής ζώνης διότι μέσα από αυτά τα δίκτυα μεταδίδονται μικρές ποσότητες πληροφοριών. Η μέθοδος CDMA επιτρέπει στους συνδρομητές να χρησιμοποιήσουν τον ίδιο ραδιο-δίαυλο και την ίδια χρονοθυρίδα (time-slot) δίνοντας τους έναν κωδικό, τον οποίο χρησιμοποιεί ο δέκτης για να διαχωρίσει το επιθυμητό σήμα. To IS-95 λειτουργεί είτε στη συχνότητα των 800 MHz είτε στα 1.9 GHz. Το πρωτόκολλο IS-95-B υποστηρίζει μετάδοση δεδομένων μέχρι 115 Kbps χρησιμοποιώντας δέσμη 8 καναλιών. Είναι δημοφιλές στη Νότια Κορέα και στη Βόρειο Αμερική. 2.1 Το Παγκόσμιό Σύστημα Κινητών Επικοινωνιών (G.S.M.) Το πανευρωπαϊκό πρότυπο GSM, το οποίο λειτουργεί στις ζώνες των 900 MHz και των 1800 MHz του ενεργού ραδιο-φάσματος, έχει τυποποιηθεί από την ειδική συσταθείσα επιστημονική ομάδα για θέματα κινητών επικοινωνιών της Ευρωπαϊκής ένωσης, γνωστής με την ονομασία Groupe Special Mobile. Είναι το πιο γνωστό σύστημα της 2ης γενιάς κινητών επικοινωνιών. To GSM, είναι το πρώτο διεθνές πρότυπο για παροχή υπηρεσιών στον τομέα των κινητών επικοινωνιών, το οποίο προσφέρει στους χρήστες πλήρη πρόσβαση σε ανομοιογενή δίκτυα, στις χώρες που έχουν αποδεχτεί το πρότυπο αυτό. Είναι χαρακτηριστικό ότι GSM δίκτυα λειτουργούν σε 60 χώρες περίπου, στην Ευρώπη, την Άπω Ανατολή, Αφρική, τη Νότιο Αμερική και την Αυστραλία. Επίσης, το GSM είναι το πρώτο σύστημα κινητών επικοινωνιών στο οποίο τα σήματα φωνής, η σηματοδοσία και ο έλεγχος των λειτουργιών, επεξεργάζονται ψηφιακά. Έτσι, μπορούν πλέον να διεκπεραιωθούν υπηρεσίες όπως ηλεκτρονικό ταχυδρομείο ή μετάδοση δεδομένων, ασυρματικά μέσω της κυτταρικής κινητής τηλεφωνίας. Γενικά το GSM δίκτυο ικανοποιεί τις εξής απαιτήσεις: Καλή ποιότητα φωνής Χαμηλό κόστος τερματικού εξοπλισμού και υπηρεσιών Υποστήριξη διεθνούς περιαγωγής Yποστήριξη νέων υπηρεσιών και ευκολιών Αποδοτικότητα του ραδιο-φάσματος Συμβατότητα με το ISDN Τα Βαςικα Τμήματα του Δικτυου Το σύστημα GSM έχει σαν κύριο χαρακτηριστικό την υψηλή τεχνολογία που χρησιμοποιεί, τόσο στο υλικό των ραδιο-μονάδων, όσο και στο υλικό της ευρύτερης τηλεπικοινωνιακής πλατφόρμας, καθώς επίσης και την ευφυή επεξεργασία της εμπλεκόμενης πληροφορίας που 10

12 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜΑΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 2 ^, 3* * ΚΑΙ ΓΕΝΙΑΣ διεκπεραιώνετιη. Οι περισσότερες μεγάλες εταιρίες στο χώρο της ευρωπαϊκής βιομηχανίας τηλεπικοινωνιών, έχουν συμμετάσχει στην ανάπτυξη του GSM και έχουν ήδη διαθέσει στην αγορά διάφορα προϊόντα τους. Στο Σχήμα 2.1, φαίνονται τα διάφορα τμήματα όπως αυτά καθορίζονται από το πρότυπο του GSM, Από πλευράς συνδρομητών, τα τεχνικά χαρακτηριστικά της κινητής (φορητής) ραδιο-μονάδας παρουσιάζουν το μεγαλύτερο ενδιαφέρον. Ο κινητός σταθμός και το υποσύστημα σταθμών βάσης επικοινωνούν μέσω διεπαφής γνωστή ως διεπαφήαέρα Mohii* Strtllfi MS Σχήμα 2.1: Σχηματικό διάγραμμα των διαφόρων τμημάτων του GSM δικτύου. Τα βασικά τμήματα του GSM δικτύου είναι: Η Κινητή Μονάδα (KM. Mobile Station - MS) και η Συνδοοιιητική Κάυτα Ταυτότητα: (SIM) Οι κινητές (φορητές) συσκευές, διατίθενται στην αγορά με ένα μεγάλο εύρος τεχνικών χαρακτηριστικών και επιλογών, αλλά το βάρος και οι διαστάσεις τους είναι οι κύριοι παράγοντες έλξης για τους υποψήφιους χρήστες. Οι διαστάσεις των συσκευών εξαρτώνται από τον χρησιμοποιούμενο τύπο μπαταριών, ενώ η σημερινή τεχνολογία στον τομέα αυτό επιτρέπει τη λειτουργία της συσκευής καθ όλη τη διάρκεια της ημέρας, με μόνο μια απλή φόρτιση, χρησιμοποιώντας μπαταρίες μικρών διαστάσεων. Τέλος, πρέπει να σημειωθεί ότι ανεξάρτητα των διαστάσεων των κινητών μονάδων, αυτές πρέπει να συνεργάζονται με όλα 10

13 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΛΣΥΡΜΑΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 2Η, 3 ΗΣ ΚΑΙ 4ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ ανεξάρτητα των διαστάσεων των κινητών μονάδων, αυτές πρέπει να συνεργάζονται με όλα τα Ευρωπαϊκά δίκτυα, σύμφωνα με τα προκαθορισμένα πρότυπα. Μέσα στην κινητή μονάδα τοποθετείται μία «έξυπνη» κάρτα, η συνδρομητική κάρτα ταυτότητας (Subscriber Identity Module - SIM), η οποία περιλαμβάνει τον κώδικα ασφαλείας του συνδρομητή και είναι τυποποιημένη για να συνεργάζεται με όλα τα ραδιο-συστήματα GSM. Στην κάρτα αυτή είναι μόνιμα αποθηκευμένα τα δεδομένα του συνδρομητή (π.χ. ο διεθνής αριθμός του [International Mobile Subscriber Identity - IMSI], ο προσωπικός κωδικός αριθμός [Personal Identification Number - PIN], κλπ.) και διάφορες άλλες παράμετροι (π.χ. η ταυτότητα της τελευταίας περιοχής εντοπισμού [LAI], η κλείδα Ki, οι αλγόριθμοι πιστοποίησης και ελέγχου του συνδρομητή [authentication], κλπ.). Η κάθε κινητή μονάδα έχει επίσης και έναν μοναδικό αριθμό ταυτότητας, τον Διεθνή Αριθμό Κινητού Εξοπλισμού (International Mobile Equipment Identity - IMEI). To Σύστηιια Σταθιιού Βάσης (ΣΣΒ, Base Station System- BSS) Το Σύστημα Σταθμού Βάσης περιέχει όλο τον ραδιο-εξοπλισμό (πομποί, δέκτες και μονάδες ελέγχου), ο οποίος είναι απαραίτητος για τον έλεγχο των επικοινωνιών στην ενεργό περιοχή ενός κυττάρου. Ο εξοπλισμός του σταθμού αυτού τοποθετείται σε ειδικές συγκεκριμένες τοποθεσίες (π.χ. σε επαγγελματικές στέγες, στα δώματα των πολυκατοικιών, σε containers κλπ.). Η διάταξη του παραπάνω εξοπλισμού πρέπει να είναι συμπαγής και να δίνεται η δυνατότητα για έλεγχο και ενεργοποίηση της λειτουργίας του από απόσταση (π.χ. από το ψηφιακό κέντρο). Ουσιαστικά, το ΣΣΒ αποτελείται από τα εξής τμήματα: τον Σταθμό Εκπομπής - Λήψης (Base Transceiver Station - BTS), τον Ελεγκτή Σταθμού Βάσης (Base Station Controller - BSC) και την TRAU (Transcoding and Rate Adaptation Unit) Σταθμός Εκπομπής - Λήψης CBase Transceiver Station - BTS) O BTS περιέχει τους πομπούς και τους δέκτες, που χρειάζονται για την κάλυψη ενός κυττάρου. Ελεγκτής Σταθμού Βάσης (Base Station Controller - BSC) Η λειτουργία του ΣΒ πραγματοποιείται από τον ελεγκτή του ΣΒ, με την απαραίτητη σηματοδοσία, τους ραδιο-διαύλους φωνής και με τη βοήθεια της διεπαφής (standard interface) A-bis. Η μονάδα BSC ελέγχει τις λειτουργίες διαχείρισης διαφόρων ΣΒ, σύμφωνα με το αποκεντρωτικό σενάριο διεργασιών του GSM, ανακουφίζοντας κατ αυτό τον τρόπο το κέντρο MSC. Ελέγχει ένα μέγιστο αριθμό 120 κεραιών. Η μονάδα αυτή συνεργάζεται με το σύστημα κωδικοποίησης, μετατρέποντας τα σήματα φωνής κωδικοποιημένα με ρυθμούς μετάδοσης 13 Kbps, σε αντίστοιχα σήματα των 64 Kbps, σύμφωνα με τα πρότυπα του Δημόσιου Επιλογικού Τηλεφωνικού Δικτύου (PSTN). TRAU (Transcoding and Rate Adaptation Unit) 12

14 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜΑΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 2Hr, 3ΗΣ ΚΑΙ 4ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ Ο TRAU ρυθμίζει την 64kbits/s σύνδεση που εξασφαλίζεται από το MSC σε μικρότερο ρυθμό μετάδοσης (22.8 kbit/s) της ράδιο - διεπαφής Το Υποσύστηιια Μετανωνήα (SSS, Switchine Subsystem - BSS) Το Υποσύστημα Μεταγωγής περιλαμβάνει το Διακοπτικό Κέντρο Κινητών Επικοινωνιών (Mobile Services Switching Center - MSC) το Κέντρο Πιστοποίησης (Authentication Center - AC), τη Βάση Δεδομένων Εγγραφής Επίσκεψης (Visitor Location Register - VLR) και την Οικεία Βάση Δεδομένων Εγγραφής (Home Location Register - HLR) To Διακοπτικό Κέντρο Κινητών Επικοινωνιών /Mobile Services Switching Center - MSC) Η κύρια λειτουργία του Διακοπτικού Κέντρου Κινητών Επικοινωνιών (Mobile Services Switching Center - MSC), είναι να αποκαταστήσει την κλήση του συνδρομητή και να παρέχει την κατάλληλη ζεύξη με το σταθερό δίκτυο ή με άλλο κέντρο MSC. Το GSM χρησιμοποιεί το ολοκληρωμένο σύστημα σηματοδοσίας κοινού καναλιού CCITT No.7 το οποίο επιτρέπει τη μετάδοση διαφόρων αναγκαίων πληροφοριών (π.χ. διευθύνσεις, χρέωση κλπ.), με ρυθμούς της τάξης των 64 Kbps μεταξύ των ψηφιακών κέντρων. Επίσης, χρησιμοποιείται σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών (π.χ. μετάδοση φωνής και δεδομένων), παίζοντας καθοριστικό ρόλο στα κυτταρικά συστήματα κινητής τηλεφωνίας, στο επίπεδο εφαρμογής (Mobile Application Part - MAP). Πρέπει να σημειωθεί, ότι τα κέντρα MSC παίζουν το ρόλο των κόμβων του δικτύου σηματοδοσίας (Signaling Network). Βάση Δεδοιιένων Εγγραφής Επίσκεψης (Visitor Location Register VLR): Η Βάση Δεδομένων Εγγραφής Επίσκεψης (Visitor Location Register - VLR), είναι ένα από τα βασικά τμήματα του κέντρου MSC, όπου καταχωρούνται τα προσωρινά δεδομένα του συνδρομητή, κατά τη στιγμή της εισόδου του στην ενεργό περιοχή του. Συγκεκριμένα, περιλαμβάνει στοιχεία από τα αρχεία της οικείας θέσης του συνδρομητή δίνοντας λεπτομέρειες που αφορούν τα χαρακτηριστικά και την κλάση υπηρεσίας του συγκεκριμένου χρήστη, καθώς και πληροφορίες που αφορούν τα χαρακτηριστικά της νέας περιοχής εντοπισμού, στην οποία εισέρχεται ο συνδρομητής. Η βάση αυτή είναι σε τοπικό επίπεδο. Οικεία Βάση Δεδομένων Εγγραφής (Home Location Register - HLR). Μία άλλη σπουδαία μονάδα του κέντρου MSC, είναι η Οικεία Βάση Δεδομένων (Home Location Register - HLR), η οποία έχει μόνιμα καταχωρημένα τα στοιχεία του συνδρομητή (π.χ. αριθμός περιαγωγής, αριθμός ISDN, προτεραιότητα, εγγεγραμμένες υπηρεσίες) καθώς και τη νέα διεύθυνσή του στη βάση VLR, οπότε ο συνδρομητής εντοπίζεται αυτόματα όταν καλείται από συνδρομητή του σταθερού τηλεπικοινωνιακού δικτύου. Η βάση VRL λειτουργεί σε περιφερειακό επίπεδο. Επίσης, υπάρχει και μία άλλη 13

15 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜΑΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 2ΗΣ, 3ΗΣ ΚΑΙ 4ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ βάση δεδομένων, στην οποία καταγράφεται ο κωδικός του κινητού. Η βάση αυτή χρησιμοποιείται για την ασφάλεια και την πιστοποίηση και ονομάζεται EIR (Equipment Identity Register). Το Κέντρο Πιστοποίησης (Authentication Center - AC) Τα καθήκοντα του Κέντρου Πιστοποίησης (Authentication Center - AC), είναι να ελέγχει και να διαχειρίζεται την πληροφορία ασφάλειας ολόκληρου του δικτύου του συστήματος. Ο συνδρομητής εισάγει τον προσωπικό του PIN αριθμό, την κάρτα χρέωσης, και κάθε φορά που ο συνδρομητής εγγράφεται για επικοινωνιακή εξυπηρέτηση, ενεργοποιείται μια διαδικασία διαλόγου υπό μορφή ανταλλαγής λογικών σημάτων μεταξύ του κέντρου AC και της SIM κάρτας, στα πλαίσια της πιστοποίησης για τη διασφάλιση του απορρήτου της επικοινωνίας. Η προαναφερθείσα ανταλλαγή μηνυμάτων ελέγχεται από έναν τυχαίο αριθμό, οπότε είναι δύσκολη η επανεμφάνισή του. Πρέπει να σημειωθεί ότι η βάση VLR χρησιμοποιεί τον επιλεγέντα τυχαίο αριθμό, προκειμένου να τροποποιήσει την ταυτότητα του εμπλεκομένου συνδρομητή. Εάν ο συνδρομητής κατόπιν πραγματοποιήσει μια κλήση, τότε η κλήση κωδικοποιείται με ένα κώδικα που αλλάζει σε κάθε πραγματοποιούμενη εγγραφή και ο οποίος δεν πρέπει να μεταδίδεται από τον καταχωρηθέντα ραδιο-δίαυλο. Επίσης, τόσο το κέντρο AC όσο και η κάρτα SIM, διαχειρίζονται τον κώδικα αυτόν ανεξάρτητα από τον επιλεγέντα τυχαίο αριθμό Περιγραφή του Συστήματος Gsm 900 Οι ζώνες συχνοτήτων που έχουν παραχωρηθεί στο σύστημα GSM 900 είναι για την άνω Εεύ η (uplink) MHz, με ένα εύρος ζώνης 25 MHz, και για την κάτω ΕεύΕη (downlink) MHz, επίσης με 25 MHz εύρος ζώνης. Πρέπει να σημειωθεί ότι σε πολλές χώρες δεν χρησιμοποιείται όλο το φάσμα των συχνοτήτων. Η απόσταση των φέρουσων συχνοτήτων (carrier separation) είναι 200 KHz, οπότε λαμβάνουμε ένα συνολικό αριθμό 124 φέρουσων στη ζώνη του GSM. Κάθε μία από αυτές τις φέρουσες συχνότητες χωρίζεται στο πεδίο του χρόνου, σύμφωνα με την πολύπλεξη TDMA (Σχήμα 2.Σφόλμα! Άγνωστη παράμετρος αλλαγής.). Έτσι, ο κάθε ραδιοδίαυλος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ταυτόχρονα από 8 κινητούς συνδρομητές (δημιουργία 8 χρονοθυρίδων - time slots σε κάθε ραδιο-δίαυλο), οπότε συνεπάγεται ότι ο συνολικός αριθμός των διαθέσιμων Φυσικών οαδιο-διαύλων (physical channels) είναι 992. Μεταξύ των 992 φυσικών ραδιο-διαύλων, υπάρχουν και 12 λονικοί ραδιο-δίαυλοι (logical channels), οι οποίοι πολυπλέκονται και χρησιμοποιούνται για ειδικούς σκοπούς (2 για κίνηση, 9 για έλεγχο σηματοδοσίας και 1 για την κατανομή του μηνύματος). Οι ραδιο-δίαυλοι κίνησης (traffic channels - TCH), χρησιμοποιούνται για την αποστολή/ λήψη ομιλίας και δεδομένων. Ανάλογα με το ρυθμό μετάδοσης χωρίζονται σε πλήρους ρυθμού (full rate) για μετάδοση με ρυθμό της τάξης των 9.6 Kbps, και σε υισού ουθαού (half rate) για μετάδοση με 4.8 Kbps. Οι χρησιμοποιούμενοι τύποι ραδιο-διαύλων ελέγχου (control channels) αναλύονται στο επόμενο κεφάλαιο. 14

16 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜ ΑΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 2œ, 3 ^ ΚΑΙ 4Η ΓΕΝΙΑΣ Power L / - \s U ψ Frequency Time TDMA Σχήμα 2.2: Πολύπλεξη TDMA ΠΡΟΣΦ ΕΡΟΜ ΕΝΕΣ ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ Τα συστήματα κινητής τηλεφωνίας με τεχνολογία GSM, επιτρέπουν την υποστήριξη των παρακάτω υπηρεσιών: Αναιιονή Κλιίσεων (Call Waiting and Call Hold-) Η υπηρεσία αυτή επιτρέπει την απάντηση σε μια νέα εισερχόμενη κλήση, ενώ υπάρχει κάποιος άλλος συνομιλητής στη γραμμή. Έτσι, όταν κατά τη διάρκεια μιας συνομιλίας δεχτεί ο συνδρομητής μια δεύτερη κλήση, ακούγεται ένα ηχητικό σήμα που τον ειδοποιεί για τη νέα κλήση. Αυτός τότε μπορεί να δεχτεί τη νέα και να βάλει σε αναμονή την αρχική κλήση, ή να πραγματοποιήσει αυτός μια κλήση ενώ η αρχική είναι στην αναμονή, και να επιστρέφει αργότερα σε αυτήν. Τηλεφωνική Συνδιάσκεψη (Conference Call) Η υπηρεσία αυτή δίνει τη δυνατότητα σε τρεις ή περισσότερους (μέγιστος αριθμός 5) συνδρομητές να συνομιλούν ταυτόχρονα. Οι συμμετέχοντες ομιλητές μπορεί να ανήκουν σε διαφορετικά δίκτυα GSM (εσωτερικού ή εξωτερικού) ή ακόμα σε σταθερό τηλεφωνικό δίκτυο (εσωτερικού ή εξωτερικού). Κατά τη χρονική εξέλιξη της τηλεσυνδιάσκεψης υπάρχουν πολλές δυνατότητες, όπως κλήση ενός συνδρομητή εκτός συνδιάσκεψης, δημιουργία κατ 'ιδίαν επικοινωνίας με έναν από τους συμμετέχοντες κ.α. Πληροφόρηση Κόστους Συνδιάλεξης (Advice of Charged Η υπηρεσία αυτή δίνει τη δυνατότητα πληροφόρησης για τη χρέωση κάθε κλήσης που πραγματοποιείται από την ΚΜ του συνδρομητή. Επίσης, υπάρχει η δυνατότητα προσδιορισμού του κόστους για κάθε κλήση (εθνική ή διεθνή) διαβιβάζοντας τις πληροφορίες χρέωσης από την οθόνη της ΚΜ, οι οποίες αναφέρονται στη συγκεκριμένη κλήση, πριν ακόμη αυτή πραγματοποιηθεί. Υπηρεσία Σύντομων Μηνυμάτων (Short Message Service! Ο στόχος της υπηρεσίας αυτής είναι η αποστολή σύντομων μηνυμάτων (μέχρι 160 χαρακτήρες), κατευθείαν από το σύστημα διαχείρισης μηνυμάτων ή το κέντρο 14

17 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜΑΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 2 ^, 3ΗΣ ΚΑΙ 4ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ εξυπηρέτησης, ή από οποιοδήποτε άλλο συνδρομητή μέσω του κέντρου αυτού, προς την ΚΜ του εμπλεκόμενου συνδρομητή και αντίστροφα. Αν η ΚΜ είναι εκτός λειτουργίας ή ο χρήστης βρίσκεται εκτός περιοχής κάλυψης, τότε το μήνυμα αποθηκεύεται στο δίκτυο και μεταδίδεται μόλις η ΚΜ τεθεί σε λειτουργία ή ο χρήστης βρεθεί και πάλι εντός περιοχής κάλυψης, Αν η ΚΜ είναι κατειλημμένη, τότε το μήνυμα αποθηκεύεται στην κάρτα SIM και μπορεί να ανακληθεί αργότερα μετά το τέλος της συνομιλίας. Επιπλέον, η λήψη του μηνύματος κοινοποιείται στον αποστολέα με ένα μήνυμα αναφοράς λήψης. Εκποιιπή Μηνυιιάτων Τοπικήο Εμβέλειαο (Cell Broadcast) Με την υπηρεσία αυτή υπάρχει η δυνατότητα εκπομπής σύντομου μηνύματος (μέχρι 93 χαρακτήρες) από το κέντρο εξυπηρέτησης σε όλες τις ΚΜ σε ένα κύτταρο ή σε μια ομάδα κυττάρων. Οι ΚΜ πρέπει να είναι σε κατάσταση λειτουργίας ή σε αδρανή κατάσταση για να λάβουν το μήνυμα. Με τον τρόπο αυτό, μεταδίδονται πληροφορίες σε ενδιαφερομένους συνδρομητές οι οποίες αφορούν την κίνηση σε συγκεκριμένους δρόμους, πρόγνωση και δελτίο καιρού, εφημερεύοντα πρατήρια βενζίνης κλπ. Υπηρεσία Μετάδοσηο Δεδοιιένων και Fax (Data and Fax Transmission) Ο στόχος της υπηρεσίας αυτής είναι η παροχή στους συνδρομητές, της δυνατότητας μετάδοσης δεδομένων με ρυθμούς της τάξης των 9.6 Kbps. Εκτός από τη φορητή ραδιο- μονάδα, ο συνδρομητής πρέπει να έχει έναν προσαρμογέα μετάδοσης δεδομένων (Data Service Adapter - DSA) ή την ειδική κάρτα PCMCIA (Personal Computers Memory Card International Association), και ένα φορητό υπολογιστή ή μια μηχανή Fax. Η μονάδα DSA χρησιμοποιείται για τη διασύνδεση της φορητής ραδιο-μονάδας με τη σειριακή θύρα του υπολογιστή, και με ένα Group 3 μηχάνημα Fax. Η κάρτα PCMCIA χρησιμοποιείται για τη διασύνδεση της φορητής ραδιο-μονάδας με ένα φορητό υπολογιστή ή με ένα κινητό μηχάνημα Fax. Η κάρτα αυτή έχει τις διαστάσεις μιας πιστωτικής κάρτας και τη λειτουργικότητα ενός modem, όσον αφορά την αποστολή και λήψη δεδομένων μέσω του δικτύου GSM. Η υπηρεσία αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τις παρακάτω εφαρμογές: ο Πωλήσεις υποστηριζόμενες από υπολογιστή (Computer-aided selling) ο Συμβουλευτικές υπηρεσίες υποστηριζόμενες από υπολογιστή (Computer-aided consulting) ο Μέσα Μαζικής Ενημέρωσης ο Τεχνική Υποστήριξη ο Τηλεμετρία (Telemetry) ο Διαχείριση στόλου (Fleet management) Υπηρεσία Φωνητικής Πληκτρολόγησης Η υπηρεσία αυτή δίνει τη δυνατότητα στο συνδρομητή να ενεργοποιεί την ΚΜ με τη φωνή του, χωρίς να χρειάζεται να πληκτρολογεί τον αριθμό κλήσης. Στα πλαίσια της υπηρεσίας, 16

18 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΛΣΥΡΜΑΤΙΚΑ ΛΙΚΤΥΑ 2ΗΣ,3 ΗΣ ΚΑΙ 4ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ αυτής δημιουργείται ένα αρχείο, το οποίο περιέχει τους συνδρομητές με τα τηλέφωνά τους που καλούνται πιο συχνά. 2.2 Το Σ ύ σ τ η μ α Κ ι ν η τ ώ ν Ε π ι κ ο ι ν ω ν ι ώ ν GSM-1800 Το ψηφιακό σύστημα GSM-1800 (το οποίο ονομαζόταν αρχικά Ψηφιακό Κυψελοειδές σύστημα DCS-1800, Digital Cellular System -1800) δεν αποτελεί ξεχωριστό πρότυπο, καθώς βασίζεται στη θεμελιώδη τεχνολογία του κυτταρικού συστήματος κινητής τηλεφωνίας GSM, ενώ έχει κάποιες τροποποιήσεις και βελτιώσεις σε σχέση με το υπάρχον GSM-900. Το σύστημα GSM-1800 είναι μικροκυτταρικής μορφής. Έχει τη δυνατότητα να εξασφαλίσει υψηλή ποιότητα επικοινωνίας σε συνδρομητές που κινούνται σε πυκνοκατοικημένες περιοχές και παρέχει υψηλή χωρητικότητα από πλευράς εξυπηρέτησης χρηστών. Το κόστος της ολοκληρωμένης τεχνικής είναι αρκετές τάξεις μεγέθους μεγαλύτερο, από το αντίστοιχο κόστος του GSM-900. Λαμβανομένου όμως υπόψη της υψηλής χωρητικότητάς του στην πλήρη ανάπτυξη του συστήματος και με δεδομένο το προσδοκώμενο πλήθος χρηστών και το υπολογισμένο κόστος ανά συνδρομητή σε ικανό βάθος χρόνου, δίνει θετικές τάσεις απόσβεσης και κέρδους. Μία από τις βασικές διαφορές των ανταγωνιστικών συστημάτων GSM-900 και GSM-1800, είναι η περιοχή συχνοτήτων λειτουργίας, οι οποίες επηρεάζουν σε τελική φάση τα χαρακτηριστικά της αντίστοιχης ηλεκτρομαγνητικής διάδοσης (ολίσθηση Doppler, χαρακτηριστικά διαλείψεων). Συγκεκριμένα, η εκπομπή σήματος από την KM προς τον ΣΒ πραγματοποιείται στο τμήμα του ραδιο-φάσματος από 1710 MHz έως 1785 MHz, ενώ η εκπομπή από ένα ΣΒ σε μια KM επιτυγχάνεται στην περιοχή από 1805 MHz έως 1880 MHz. Όπως φαίνεται, το εύρος ζώνης είναι 75 MHz και είναι τριπλάσιο από το αντίστοιχο εύρος ζώνης του συστήματος GSM, το οποίο είναι 25 MHz. Επίσης, η ελάχιστη απόσταση των διαδοχικών ραδιοδιαύλων είναι 200 KHz και υπάρχει μια απόσταση ασφαλείας εύρους 200 ΚΗζ στο κατώτερο όριο της κάθε υποζώνης. Αλλη διαφορά είναι το μέγεθος της ισχύος εκπομπής των KM και των ΣΒ. Η ισχύς εκπομπής της KM στο GSM-1800 είναι μικρότερη από την αντίστοιχη του συστήματος GSM- 900, δηλαδή η μέγιστη ισχύς εκπομπής είναι: 1 W (30 dbm) και 0.25 W (24 dbm). Η διαβάθμιση των μέγιστων ισχύων εκπομπής για το GSM-900 είναι: 20 W (43 dbm), 8 W (39 dbm), 5 W (37 dbm), 2 W (33 dbm) και 0.8 W (29 dbm). Οι KM μπορούν να μειώνουν την ισχύ εξόδου των πομπών τους με βήματα των 2 db κατόπιν εντολής του οικείου ΣΒ. Οι κατηγορίες της ισχύος εκπομπής του ΣΒ του GSDM-1800 ανήκουν στις κατώτερες κατηγορίες των ισχύων εκπομπής του συστήματος GSM-900. Συγκεκριμένα, ανάλογα με το μέγεθος του κυττάρου κάλυψης, η διαβάθμιση των μέγιστων ισχύων εκπομπής είναι: 20 W, 10 W, 5 W, και 2.5 W. Η αντίστοιχη διαβάθμιση των μέγιστων ισχύων των ΣΒ του GSM-900 είναι: 320 W, 160 W, 80 W, 40 W, 20 W, 10 W, 5 W και 2.5 W. Στην περίπτωση αυτή υπάρχει δυνατότητα ρύθμισης της ισχύος εκπομπής, ώστε να επιτρέπεται μείωση αυτής από τη μέγιστη στάθμη, με 6 στάθμες των 2 db και 17

19 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜΑΊΊΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 2ΗΣ, 3ΗΣ ΚΑΙ 4ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ με ακρίβεια της τάξης του 1 db. Με τον τρόπο αυτό, υπάρχει δυνατότητα «μικρορύθμισης» της κάλυψης από τον φορέα εκμετάλλευσης για τη βέλτιστη λειτουργία ολόκληρου του δικτύου. Τα γενικότερα τεχνικά χαρακτηριστικά των δεκτών του συστήματος GSM-1800 περιγράφονται στη σύσταση GSM DCS, όπου παρέχονται τα χαρακτηριστικά της φραγής, της παρεμβολής ενδοδιαμόρφωσης και της στάθμης των παρασιτικών εκπομπών. Στην προκειμένη περίπτωση, για τους δέκτες των ΣΒ δεν πρέπει να υπερβαίνουν τις στάθμες των 2 nw για την περιοχή συχνοτήτων από 9 ΚΗζ έως 1 GHz, και 20 nw για συχνότητες από 1 GHz έως GHz. Το κατώφλι ευαισθησίας ενός δέκτη προσδιορίζεται ανάλογα με το είδος του ραδιο- διαύλου και τις τοπικές συνθήκες της ηλεκτρομαγνητικής διάδοσης. Το κατώφλι αυτό για τους κινητούς δέκτες και τους δέκτες των ΣΒ του GSM-1800 είναι: -100 dbm (42 dbμv/m) και -104 dbm (38 dbμv/m) αντίστοιχα. Τα αντίστοιχα κατώφλια για το GSM-900 είναι: -102 dbm (35 dbμv/m) και -104 dbm (33 dbμv/m) αντίστοιχα. Επίσης, υπάρχουν και άλλες τροποποιήσεις που πραγματοποιούνται στον τομέα της σηματοδοσίας του GSM-1800 και αναφέρονται στη σύσταση GSM DCS. Οι τροποποιήσεις αναφέρονται στην περιγραφή ραδιο-διαύλου σε συγκεκριμένο κύτταρο, στην περιγραφή γειτονικού κυττάρου, στην εντολή καταχώρησης ραδιο-διαύλων και σε πληροφορίες του συστήματος. 18

20 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜΛΊΊΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 2ΗΣ, 3,ΓΣ ΚΑΙ 4Η ΓΕΝΙΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 3. Η Ε ξ έ λ ιξ η τ η ς Δ ε ύ τ ε ρ η ς Γ ε ν ιά ς - Η γ έ ν ια 2.5 Όπως αναφέραμε παραπάνω, οι τεχνολογίες της 2ης γενιάς σχεδιάστηκαν αρχικά για μετάδοση φωνής αλλά τελικά τους προστέθηκαν νέες δυνατότητες όσον αφορά τη μετάδοση δεδομένων. Ο όρος «γενιά 2.5» (2.5G), δηλώνει τις αρχιτεκτονικές που συμπληρώνουν την υποδομή της 2ης γενιάς, παρέχοντας νέες υπηρεσίες που απαιτούν μεγαλύτερο εύρος ζώνης και αυξημένη χωρητικότητα. Ουσιαστικά, οι τεχνολογίες της γενιάς 2.5 σχεδιάστηκαν με τέτοιο τρόπο, ώστε να επεκτείνουν τις ικανότητες των υφιστάμενων συστημάτων 2ης γενιάς, και να προετοιμάσουν τη μετάβαση στην 3η γενιά κινητών επικοινωνιών. Η γενιά 2.5 έχει «χτιστεί» πάνω στα πρότυπα της 2ης γενιάς και παρέχει υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων που κυμαίνονται από 57.6 Kbps έως Kbps. Παρακάτω θα αναφερθούν μερικά πρότυπα της γενιάς αυτής. Είναι γνωστό ότι το GSM δίκτυο βασίζεται στην τεχνολογία μεταγωγής κυκλώματος. Η εξέλιξη της τεχνολογίας αυτής σε περιβάλλον του GSM είναι το πρότυπο Υψηλής Ταχύτητας Μετάδοσης Δεδομένων με Μεταγωγή Κυκλώματος (High Speed Circuit Switched Data - HSCSD). To HSCSD χρησιμοποιεί για τη μετάδοση τέσσερις συνεχόμενες χρονοθυρίδες του GSM, η κάθε μία από τις οποίες είναι ικανή να υποστηρίξει ρυθμό μετάδοσης 14.4 Kbps. Έτσι το HSCSD μπορεί να μεταδώσει δεδομένα πάνω από ένα GSM δίκτυο με ρυθμό 57.6 Kbps. Το πρότυπο D-AMPS IS-136B που βασίζεται σε Πολλαπλή Πρόσβαση με Επιμερισμό Χρόνου (Time Division Multiple Access - TDMA), αποτελεί το ενδιάμεσο βήμα για το Universal Wireless Communication (UWC-136), το οποίο είναι πρότυπο της 3ης γενιάς. Σε πρώτη φάση το D-AMPS θα παρέχει ρυθμό μετάδοσης μέχρι τα 64 Kbps. Η δεύτερη φάση του προτύπου θα παρέχει μέχρι τα 115 Kbps μετάδοση σε κινητό περιβάλλον. Ένα άλλο πρότυπο αυτής της γενιάς, είναι το Γενικό Ραδιο-Σύστημα Μεταγωγής Πακέτου (General Packet Radio System - GPRS) (Σχήμα 3.Σφάλμα! Άγνωστη παράμετρος αλλαγής.). Το GPRS αποτελεί το εξελικτικό μονοπάτι για το GSM και το IS-136 TDMA προς το UWC-136. Ουσιαστικά είναι μία επέκταση του GSM που χρησιμοποιεί τη μέθοδο μεταγωγής πακέτων. Όταν υλοποιείται η υπηρεσία GPRS στην αρχιτεκτονική του GSM προστίθενται δύο ακόμη τμήματα. To SGSN (Serving GPRS Support Node) και το GGSN (Gateway GPRS Support Node). To SGSN αντιστοιχεί με ένα MSC επίσκεψης ενώ το GGSN αντιστοιχεί στο gateway MSC στο δίκτυο μεταγωγής πακέτου. Τα νέα τμήματα επιτρέπουν άμεση πρόσβαση στα IP και Χ.25 δίκτυο μεταγωγής πακέτου δεδομένων. Επιπλέον απαιτούνται οι παρακάτω αναβαθμίσεις: : Ο BSS εξοπλίζεται με μια Μονάδα Ελέγχου Πακέτων (Packet Control Unit - PCU) με στόχο να λαμβάνει και να προσαρμόζει τα πακέτα δεδομένων από και προς το SGSN Προστίθεται μια Μονάδα Κωδικοποίησης Καναλιού (Channel Codec Unit - CCU) στον BTS για να εκτελέσει την κωδικοποίηση των πακέτων δεδομένων 19

21 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜΑΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 2"Σ,3 ΠΣ ΚΑΙ 4ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ Οι GPRS συνδρομητές δεδομένων διαχειρίζονται στο HLR Το πλεονέκτημα της τεχνολογίας GPRS εντοπίζεται κυρίως στην αύξηση της ταχύτητας διακίνησης των δεδομένων, που από τα 9.6 Kbps του GSM φτάνει τα 115 Kbps, ταχύτητα που υπολείπεται ελαφρώς από εκείνη που παρέχουν οι ενσύρματες ISDN συνδέσεις των 128 Kbps. Το δεύτερο σημαντικό χαρακτηριστικό του GPRS είναι η διαρκής σύνδεση του κινητού τηλεφώνου με το δίκτυο, με τη χρέωση να πραγματοποιείται μόνο όταν ο χρήστης ζητά κάποια πληροφορία. Αντίθετα, στα δίκτυα GSM αλλά και στις ενσύρματες συνδέσεις, ο χρήστης χρεώνεται με βάση το χρόνο που παραμένει συνδεδεμένος στο δίκτυο, ανεξαρτήτως εάν το χρησιμοποιεί. Όπως αναφέραμε, το GPRS είναι μια υπηρεσία του GSM που χρησιμοποιεί μέθοδο μεταγωγής πακέτων. Αυτό σημαίνει, ότι οι πόροι του συστήματος (πχ. ραδιο-δίαυλοι) χρησιμοποιούνται μόνο όταν οι χρήστες στέλνουν ή λαμβάνουν δεδομένα. Χρησιμοποιώντας το GPRS, η πληροφορία τεμαχίζεται και τοποθετείται σε πακέτα πριν μεταδοθεί, ενώ στο δέκτη γίνεται η αντίστροφη διαδικασία, δηλαδή από-πακετοποιείται και συναρμολογείται η αρχική πληροφορία. To GPRS επιτρέπει στην πληροφορία να μεταδοθεί και να ληφθεί μέσα από πολλαπλά δίκτυα κινητής τηλεφωνίας. Τυπικά, συμπληρώνει τις σημερινές υπηρεσίες μετάδοσης δεδομένων με μεταγωγή κυκλώματος και τις υπηρεσίες συντόμων μηνυμάτων. Το πρώτο πράγμα που θα χρειαστεί να αλλάξει ο καταναλωτής την εποχή του GPRS είναι το κινητό του τηλέφωνο, καθώς υπάρχουν ήδη στην αγορά συσκευές που υποστηρίζουν ταχύτητες για λήψη δεδομένων από το δίκτυο προς το τηλέφωνο μεταξύ 25 Kbps και 56 Kbps. Για την αντίστροφη πορεία η ταχύτητα θα φτάνει τα 14.4 Kbps. 20

22 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜΑΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 2 ^, 3HL ΚΑΙ 4Hr ΓΕΝΙΑΣ Σχήμα 3.1: Δομή GPRS δικτύου Πάντως, το GPRS δεν είναι η μόνη εξέλιξη από όσες θα προηγηθούν των συστημάτων 3ης γενιάς. Μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζουν τα συστήματα Αυξημένου Ρυθμού Μετάδοσης Δεδομένων για Παγκόσμια Εξέλιξη (Enhanced Data rates for Global Evolution - EDGE). Τα συστήματα EDGE χρησιμοποιούν ένα νέο τρόπο διαμόρφωσης, πιο συγκεκριμένα μια τροποποιημένη διαμόρφωση φάσης 8PSK και επιτυγχάνουν ταχύτητες μεγαλύτερες του GPRS, της τάξης των 384 Kbps. Ένα από τα χαρακτηριστικά του EDGE είναι ότι χρησιμοποιεί την υπάρχουσα υποδομή του GSM δικτύου για να παρέχει μερικές υπηρεσίες 3ης γενιάς, όπως είναι η ταχύτατη μετάδοση δεδομένων των 384 Kbps. Συγκεκριμένα, υπάρχει η δυνατότητα της εύκολης και γρήγορης αναβάθμισης των σταθμών βάσης του GSM. To EDGE είναι μια τεχνολογία που θα μπορούσε να καλύψει το κενό μεταξύ της 2ης και της 3ης γενιάς. Ο Πίνακας 4., συνοψίζει τα πιο σημαντικά πρότυπα που αναμένεται να χρησιμοποιηθούν από τη βιομηχανία κατά τη μετάβαση στη γενιά 2.5. Να σημειωθεί ότι η υποδομή της 2ης γενιάς παραμένει και λειτουργεί όπως πριν, ακόμα και αν εμπλέκεται με τη τεχνολογία της γενιάς

23 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜΑΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 2ΗΣ, 3ΗΣ ΚΑΙ 4ΙΙΣ ΓΕΝΙΑΣ GSM HSCSD GPRS EDGE EGPRS PDC IS-136 (TDMA) TDMA/NADC IS-136B/HS CdmaOne IS-95B -2ης γενιάς με χρήση μεθόδου Πολλαπλής Πρόσβασης με Επιμερίςμό Χρόνου (TDMA) και με μεταπήδηση συχνοτήτων -High Speed Circuit Switched Data -Συνδυασμός μέχρι 4 Χρονοθυρίδων -Ρυθμός μετάδοσης 56 Kbps -Χρησιμοποιεί την υπάρχουσα υποδομή -General Packet Radio Services -Χρησιμοποιεί την υπάρχουσα υποδομή για μετάδοση φωνής -Προσθέτει νέα υποδομή με μέθοδο μεταγωγής πακέτων για μετάδοση Δεδομένων -Βελτιωμένη χρήση των RF πόρων, ρυθμός μετάδοσης Kbps -Κατανέμει τον όγκο των δεδομένων όπως χρειάζεται -Enhanced Data Rates for GSM -Ρυθμός μετάδοσης 384 Kbps -Τροποποιημένη διαμόρφωση φάσης 8PSK -Enhanced GPRS -Συνδυασμός GSM GPRS με διαμόρφωση EDGE -2η? γενιάς με τεχνολογία (TDMA) -2ης γενιάς με τεχνολογία (TDMA) -2ης γενιάς με τεχνολογία (TDMA) -Αρχιτεκτονική GPRS για ANSI-136 -Διαμόρφωςη EDGE -Ρυθμός μετάδοσης 9.6 Kbps με χρήση μιας χρονοθυρίδας και διαμόρφωση QPSK Kbps με μια χρονοθυρίδα και διαμόρφωση 8PSK Kbps με τρεις χρονοθυρίδες και διαμόρφωση 8PSK -2ης γενιάς με τεχνολογία Πολλαπλής Πρόσβασης με Επιμερισμό Κώδικα (CDMA) -Συνδυασμένη κωδικοποίηση καναλιών, επιτυγχάνει ρυθμό 64 Kbps Π ίνακας 1.1: Μέθοδοι ασύρματης μετάδοσης 2ης γενιάς και αναβαθμίσεις της γενιάς

24 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜΑΊΊΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 2ΗΣ, 3ΗΣ ΚΑΙ 4 ΓΕΝΙΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 4. Τ α Σ υ σ τ ή μ α τ α Τ κ ιτ η ς Γ ε ν ιά ς 3G Από το έτος 2000 και με έτος τερματισμού το 2010, πρόκειται να λειτουργήσουν τα κυτταρικά συστήματα της τρίτης γενιάς (3G). Τα συστήματα της 3ης γενιάς σχεδιάστηκαν ώστε να μεταφέρουν το ίδιο καλά φωνή και δεδομένα. Τα προτεινόμενα συστήματα για την 3η γενιά, προσπαθούν να ξεπεράσουν τους τεχνικούς περιορισμούς των προηγούμενων τεχνολογιών και οτιδήποτε εμπόδιζε την ανάπτυξη υπηρεσιών, όπως το ασύρματο ηλεκτρονικό ταχυδρομείο (e- mail), η αναζήτηση στο διαδίκτυο κλπ. Επίσης, κάνουν εφικτή την εφαρμογή υπηρεσιών όπως η τηλεδιάσκεψη, το ηλεκτρονικό εμπόριο και τα πολυμέσα. Η 3η γενιά δεν αποτελεί μια τεχνολογία ή ένα πρότυπο, αλλά ένα γενικό όρο που περιγράφει μια ποικιλία μεθόδων, που φέρνουν υπηρεσίες διαδικτύου μεγάλης ταχύτητας στα κυτταρικά δίκτυα τηλεφωνίας. Η διαχρονική εξέλιξη των συστημάτων 3ης γενιάς θα οδηγήσει σε μετάδοση των δεδομένων με ρυθμούς της τάξης των 155 Mbps. Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά των συστημάτων αυτών, είναι ότι θα βασίζονται σε μικρο- κυτταρική (micro-cellular) και πικο-κυτταρική (pico-cellular) δομή. Μάλιστα, τα μελλοντικά αυτά συστήματα θα χρησιμοποιούν πολλούς τύπους κυττάρων, ανάλογα με τη στιγμιαία τους θέση. Η σύνδεσή τους θα είναι δύο επιπέδων στις περισσότερες περιοχές (πχ. εθνικές οδοί, πυκνοκατοικημένες περιοχές κλπ.), αλλά και τριών επιπέδων (πχ. εντός κτιρίων). Οι κατηγορίες των κυττάρων που θα χρησιμοποιηθούν είναι οι παρακάτω: Κύτταρα μεγίστης κάλυψης (overlay cells! Τα κύτταρα αυτά έχουν ακτίνα κάλυψης, η οποία φτάνει μέχρι μερικές εκατοντάδες Km και χρησιμοποιούνται στη δορυφορική κινητή τηλεφωνία, προκειμένου να καλυφτούν επικοινωνιακά οι κινητές μονάδες που βρίσκονται σε απομακρυσμένες περιοχές. Υπεοκύτταρα (hyper cells') Τα κύτταρα αυτά έχουν ακτίνα κάλυψης μεγαλύτερη από 20 Km και χρησιμοποιούνται για την επικοινωνιακή κάλυψη κινητών μονάδων, οι οποίες βρίσκονται εντός επαρχιακών περιοχών. Μακροκύτταρα (macro cells') Τα κύτταρα αυτά έχουν ακτίνα κάλυψης η οποία έχει ελάχιστη τιμή 1 Km και μέγιστη τιμή 20 Km. Η δομή αυτή χρησιμοποιείται για την επικοινωνιακή κάλυψη κινητών μονάδων που κινούνται σε οδούς εκτός πόλεων, καθώς και σε πυκνοκατοικημένες περιοχές. Μικοοκύτταρα ('micro cells ) Τα κύτταρα αυτά έχουν ακτίνα κάλυψης με ελάχιστη τιμή 100 m και μέγιστη τιμή 1 Km. Η δομή αυτή χρησιμοποιείται για την κάλυψη των επικοινωνιακών αναγκών των κινητών μονάδων που βρίσκονται και κινούνται στις κεντρικές περιοχές των πόλεων. Πικοκυτταοα (pico cells'! 23

25 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜ ΑΤΙΚΑ ΑΙΚΤΥΑ 2 ^, 3 ^ ΚΑΙ 4ΗΧ ΓΕΝΙΑΣ Τα κύτταρα αυτά έχουν ακτίνα κάλυψης μικρότερη από 100 ιυ. Η δομή αυτή χρησιμοποιείται για την κάλυψη των επικοινωνιακών αναγκών των χρηστών με φορητές μονάδες οι οποίοι κινούνται γενικά εντός κτιρίων (πχ. γραφεία, κατοικίες, κλπ.) και ειδικότερα αυτών που βρίσκονται εντός λεωφορείων, τρένων, πλοίων και αεροπλάνων. Παρακάτω φαίνεται το περιβάλλον της ραδιο-κάλυψης σε παγκόσμιο επίπεδο. Principal a p p lica tio n s of TDD and FDD TDD: Pico c e lls (in sid e b uildings) FDD: M acro and m icro cells (veh icles, p ed estria n s) Σχήμα 4.1: To περιβάλλον της παγκόσμιας ασύρματης πρόσβασης τον 21ο αιώνα. Η Διεθνής Ένωση Τηλε7ακοινωνιών (International Telecommunication Union - ITU), πρότεινε ένα σύνολο από στόχους που πρέπει να πληροί ένα ασύρματο σύστημα 3ης γενιάς, οι οποίοι ονομάζονται Διεθνείς Κινητές Τηλεπικοινωνίες για το έτος 2000 (International Mobile Telecommunications - ΙΜΤ-2000). Οι κυριότερες απαιτήσεις για όλα τα είδη των τεχνολογιών που πρέπει να πληρούνται από συστήματα 3ης γενιάς είναι οι παρακάτω: Ποιότητα φωνής συγκρίσιμη με αυτή του δημόσιου επιλογικού δικτύου (PSTN) Ρυθμό μετάδοσης δεδομένων της τάξης των 144 Kbps για χρήστες σε ταχέως κινούμενα οχήματα σε μεγάλες περιοχές κάλυψης 23

26 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜΑΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 2ΗΣ, 3HL ΚΑΙ 4Η" ΓΕΝΙΑΣ Ρυθμό μετάδοσης δεδομένων της τάξης των 384 Kbps για πεζούς, είτε ακίνητους, είτε αργά κινούμενους σε μικρές περιοχές κάλυψης Ρυθμό μετάδοσης δεδομένων μέχρι τα Mbps για χρήση μέσα σε γραφεία Υποστήριξη υπηρεσιών μεταγωγής πακέτου και μεταγωγής κυκλώματος Προσαρμογή της ασύρματης διασύνδεσης σύμφωνα με την ασύμμετρη φύση των πληροφοριών που μεταδίδονται από το Internet, μεγαλύτερο εύρος ζώνης για την κάτω ζεύξη (downlink) από ότι για την άνω ζεύξη (uplink), Πιο αποτελεσματική χρήση του διαθέσιμου ραδιο-φάσματος Υποστήριξη μεγάλης ποικιλίας κινητού εξοπλισμού Ευέλικτη εισαγωγή νέων υπηρεσιών και τεχνολογιών Η μετάβαση από τη 2η γενιά στην 3η, έφερε περισσότερη εξέλιξη στις τεχνολογίες σε σχέση με τις δύο προηγούμενες γενιές. Η μετάβαση αυτή, όπως φαίνεται και στο Σχήμα 4.2, ξεκινάει από πολλές παράλληλες διαδρομές της 2ης γενιάς που απεικονίζουν τις είδη ανεπτυγμένες τεχνολογίες. 2G 2.5G 3G Σχήμα 4.2: Η πορεία προς την τρίτη γενιά. Μία από τις πολλά υποσχόμενες τεχνολογίες που θα χρησιμοποιηθούν στα συστήματα 3ης γενιάς είναι η Ευρείας Ζώνης Πολλαπλή Πρόσβαση με Επιμερισμό Κώδικα (Wideband Code Division Multiple Access - WCDMA). Έχει σχεδιαστεί για να παραδίδει υπηρεσίες υψηλής ταχύτητας μετάδοσης δεδομένων και ιδιαίτερα πακέτα δεδομένων βασισμένα στο Internet Φτάνει ένα ρυθμό μετάδοσης μέχρι 2 Mbps σε περιβάλλον γραφείου και μέχρι τα 384 Kbps σε 24

27 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜΑΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 2ΗΣ, 3ΗΣ ΚΑΙ 4ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ ταχύτητας μετάδοσης δεδομένων και ιδιαίτερα πακέτα δεδομένων βασισμένα στο Internet. Φτάνει ένα ρυθμό μετάδοσης μέχρι 2 Mbps σε περιβάλλον γραφείου και μέχρι τα 384 Kbps σε κινητό περιβάλλον. Υποστηρίζει επικοινωνίες, είτε με μέθοδο μεταγωγής πακέτου, είτε με μεταγωγή κυκλώματος, όπως πρόσβαση στο Internet και στις ενσύρματες τηλεφωνικές υπηρεσίες. Η WCDMA κάνει αποτελεσματική χρήση του ραδιο-φάσματος και δεν χρειάζεται ανάθεση συχνοτήτων, με αποτέλεσμα να παρέχει μεγαλύτερη χωρητικότητα και κάλυψη σε σχέση με τις τωρινές διασυνδέσεις. Είναι επίσης συμβατό με τις τεχνολογίες της 2ης γενιάς. Χρησιμοποιεί τη δομή (σηματοδοσία) του πρωτοκόλλου δικτύου παρόμοια με αυτή του GSM. Έτσι, η τεχνολογία GSM μπορεί εύκολα να προσαρμοστεί σε WCDMA τεχνολογία 3ης γενιάς σύμφωνα με την υλοποίηση EDGE. Επίσης, στο WCDMA βασίζεται και το πρότυπο UMTS το οποίο θα αναλυθεί εκτενώς παρακάτω. Επίσης, αναπτύχθηκε και ένα ακόμα πρότυπο με βάση το CDMA, το οποίο ονομάζεται COMA Το πρότυπο αυτό αποτελεί εξέλιξη του CDMA One της 2ης γενιάς. Υποστηρίζει ένα πλήθος από συχνότητες καναλιών, οι οποίες είναι: 1.25, 3.75, 7.5, 11.25, και 15 MHz. Έτσι μπορεί να εξυπηρετεί ένα πλήθος από ρυθμούς δεδομένων καθώς επίσης και μεγάλο αριθμό χρηστών. Προσφέρει στους διαχειριστές δικτύων 2ης γενιάς με CDMA One συστήματα, ένα ομαλό μονοπάτι μετάβασης που να κάνει εφικτή οικονομικά την αναβάθμιση σε υπηρεσίες 3ης γενιάς μέσα στην ίδια κατανομή ραδιο-φάσματος. To CDMA-2000 έχει χωριστεί σε δύο φάσεις. Οι δυνατότητες της πρώτης φάσης καθορίζονται με το πρότυπο IX, και μεταδίδουν με ταχύτητες 144 Kbps πακέτα δεδομένων. Η δεύτερη φάση είναι γνωστή με το πρότυπο 3Χ και ενσωματώνει τις δυνατότητες του IX. Επιπλέον, υποστηρίζει όλα τα μεγέθη καναλιών και παρέχει ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων μέχρι τα 2 Mbps. Τέλος, ενσωματώνει αναβαθμισμένες δυνατότητες πολυμέσων. Υπάρχουν και πρότυπα που χρησιμοποιούν τη μέθοδο Πολλαπλής Πρόσβασης με Επιμερισμό Χρόνου (TDMA). Ένα από αυτά είναι το TD-CDMA, το οποίο ουσιαστικά πρόκειται για συνδυασμό των μεθόδων TDMA και CDMA στο ίδιο σύστημα. Αυτή η προσέγγιση διατηρεί κάποιες από τις λειτουργικές παραμέτρους του GSM-TDMA, όπως τη δομή του πλαισίου και των χρονοθυρίδων. Την ίδια στιγμή, η CDMA τεχνολογία προσθέτει καλύτερο μέσο όρο παρεμβολών και ποικιλία συχνοτήτων. Ο συνδυασμός των δύο μεθόδων συνενώνει την αποτελεσματικότητα του ραδιο-φάσματος από το CDMA και τις αρχές σχεδιασμού και τα εύκολα κατανοητά χαρακτηριστικά του GSM δικτύου, το οποίο βασίζεται σε TDMA. Επιπροσθέτως, υπάρχει και ένα πρότυπο που είναι ένα από τα λίγα αυθεντικά TDMA πρότυπα, χωρίς καθόλου στοιχεία από το CDMA. Αυτό το πρότυπο ονομάζεται UWC-136. Αποτελεί τον εξελικτικό δρόμο για το σύστημα Advanced Mobile Phone System (AMPS) και για τις τεχνολογίες 2ης γενιάς ΤΙΑ/ΕΙΑ-136, που σχεδιάστηκαν ειδικά για να είναι συμβατές με το AMPS. Το πρότυπο UWC-136 είναι πολύ σημαντικό, αν σκεφτούμε ότι το AMPS το χρησιμοποιούν οι περισσότερες συσκευές στον κόσμο σε σχέση με οποιοδήποτε άλλο δίκτυο, εκτός από το GSM. Στις αρχές του 1999, η Παγκόσμια Συνεργασία Ασυρμάτων Επικοινωνιών (Universal Wireless Communications Consortium - UWCC) ανακοίνωσε ένα πλαίσιο σύγκλησης 26

28 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΛΣΥΡΜΑΤΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ 2ΗΣ, 3 ΗΣ ΚΑΙ 4ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ με το GSM. Αυτή η ανακοίνωση προώθησε την ικανότητα της τεχνολογίας ασύρματης μετάδοσης UWC-136, η οποία προτείνει μια χαμηλού κόστους εξέλιξη και ανάπτυξη για τους διαχειριστές συστημάτων AMPS και ΤΙΑ/ΕΙΑ-136. Η τεχνολογία αυτή αναπτύχθηκε σε μια αρκετά μεγάλη μπάντα συχνοτήτων, από 500 MHz έως 2.5 GHz. Οι ρυθμοί μετάδοσης των δεδομένων για τα συστήματα UWC-136 κυμαίνονται από τα 48.6 Kbps έως τα 5.2 Mbps. Συνοπτικά, τα πρότυπα κινητών επικοινωνιών της 3ης γενιάς, παρουσιάζονται στον Πίνακας 4.: Πρότυπα UMTS ARIB UWC-136 TD-CDMA Cdma2000 IX 3X 3 GPP Χαρακτηριστικά -Παγκόσμιο Σύστημα Κυτταρικών Κινητών Επικοινωνιών (Universal Mobile Telephone Service) -Εκδοχή του 3 GPP τυποποιημένη από τον ETSI -Μέρος του UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access) -W-CDMA με τεχνολογία Direct Sequence Spread Spectrum Mchips/sec -Μέχρι 2 Mbps ρυθμός μετάδοσης -Association of Radio Industries and Businesses -Ιαπωνική εκδοχή του 3 GPP -W-CDMA με τεχνολογία Direct Sequence Spread Spectrum Mchips/sec -Μέχρι 2 Mbps ρυθμός μετάδοσης -Παγκόσμια Συνεργασία Ασυρμάτων Επικοινωνιών (Universal Wireless Communications Consortium) -Συμβατό με AMPS, IS-54, ANSI-136, ANSI-41, GSM -Τεχνολογία Πολλαπλής Πρόσβασης με Επιμερισμό Χρόνου (TDMA) -Ρυθμός μετάδοσης από 48.6 Kbps έως 5.2 Mbps -Μέθοδος Διπλής Πρόσβασης με Επιμερισμό Χρόνου (Time Division Duplex Access) -Εκπομπή/ λήψη στην ίδια συχνότητα -W-CDMA στα 3.84 Mcps -Συμβατό με IS-95 και ANSI-4 -Πρώτη φάση του Cdma2000 -Ρυθμός μετάδοσης πακέτων στα 144 Kbps, εμπρόσθια σύνδεση -1 φορέας στα Mcps, εμπρόσθια και ανάστροφη σύνδεση -Δεύτερη φάςη του Cdma φορείς στα Mcps ο καθένας, εμπρόσθια σύνδεση -1 φορέας στα Mcps, ανάστροφη σύνδεση -Εργασία Τυποποίησης 3ης γενιάς (Third Generation Partnership Project) που καθορίζει τις τεχνικές τυποποιήσεις για συστήματα 3ης γενιάς βασισμένα 27

29 ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΑΣΥΡΜΑΤΙΚΑ ΑΙΚΤΥΑ 2 1, 3 ^ ΚΑΙ 4ΗΣ ΓΕΝΙΑΣ που καθορίζει τις τεχνικές τυποποιήσεις για ένα σύστημα 3ης γενιάς, το Ο(1πή2000 Πίνακας 4.2: Μέθοδοι ασύρματης μετάδοσης 3ης γενιάς. Με τα συστήματα της 3ης γενιάς, δημιουργείται ένα πλήθος από νέες υπηρεσίες που επιτρέπουν την επικοινωνία, τη μετάδοση πληροφοριών και την ψυχαγωγία μεταξύ των τερματικών, οπουδήποτε και αν βρίσκονται οι χρήστες. Είναι χαρακτηριστικό, ότι οι νέες προσωπικές επικοινωνιακές συσκευές είναι συνδυασμός της μονάδας του φορητού υπολογιστή και του κυτταρικού φορητού τηλεφώνου. Η υβριδική αυτή συσκευή δίνει τη δυνατότητα στο χρήστη για αξιόπιστη μετάδοση δεδομένων, τηλε-ομοιοτυπία, ηλεκτρονικό ταχυδρομείο, τηλεειδοποίηση, μετάδοση φωνής, καθώς επίσης δυνατότητες οργάνωσης και διαχείρισης της πληροφορίας. Ένα παράδειγμα συσκευής 3ης γενιάς φαίνεται στο Σχήμα 4.3.